广东省第三代半导体创新发展刍议＊ 1

文/赵维 韦文求 贺龙飞

第三代半导体是指以氮化镓（GaN）、碳化硅（SiC）为代表的宽禁带半导体（禁带宽度大于2 eV），近年来扩展至氮化铝（AlN）、金刚石、氧化镓（Ga2O3）、氮化硼（BN）等超宽禁带半导体。相比于以硅（Si）、锗（Ge）为代表的第一代半导体和以砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP）为代表的第二代半导体，第三代半导体具有更大的禁带宽度和击穿电场、更高的工作频率和电子漂移饱和速度、更稳定的物理化学性质等优异特性，可满足现代电子技术对高温、高功率、高压、高频以及高辐射等恶劣条件的要求。第三代半导体是推动半导体集成电路产业实现“超越摩尔”的重要材料，是新一代通信、新能源汽车、轨道交通、智能电网、新型显示、航空航天等诸多高技术领域无可替代的“核芯”,也是实现碳达峰、碳中和、以及新型基础设施建设等国家战略需要的重要环节，正逐渐成为全球各国取得竞争优势的战略高地。

一、国内外第三代半导体发展情况

当前，国际上第三代半导体材料与器件已实现了从实验室研发到规模化量产的成功跨越，进入了产业化快速发展阶段，在新能源汽车、高速轨道交通、5G通信、光伏并网、消费类电子等多个重点领域实现了应用突破。总体而言，美国、日本和欧盟等发达国家和地区在第三代半导体研发水平、产业技术成熟度、市场占有率等方面均处于领先地位，在第三代半导体衬底和外延材料、芯片、器件、应用、核心装备等领域领跑全球。如美国在第三代半导体全产业链领先优势明显，拥有科锐（Cree）、道康宁等龙头企业；欧洲建立了比较完备的产业链，在SiC器件方面拥有优势，代表企业有英飞凌（Infi neon）、恩智浦等；日本则重点发展设备和材料，代表企业有住友、三菱（Mitsubishi）、罗姆（ROHM）等。据不完全统计，目前全球70%～80%碳化硅材料的产量来自于美国，约70%的SiC肖特基势垒二极管来自美高森美、罗姆、英飞凌等欧美日企业。另据Yole数据显示，科锐、罗姆、三菱、英飞凌、意法半导体五家企业占有SiC功率半导体80%的市场份额；美国的宜普（EPC）、Transphorm和加拿大GaN system、德国英飞凌四家企业合计占有GaN功率半导体90%的市场份额；住友、电工、Cre e|Wolfspeed和Qorvo三家企业合计占有GaN射频85%的市场份额。

我国从“九五”期间就开始部署发展GaN基半导体照明LED技术，“十二五”中期开始启动SiC、GaN基电子器件的研发工作，在政策引导和市场需求的驱动下，目前我国已初步形成了从晶体生长、器件研发到装备制造的较为完整的技术研发体系和产业链条，突破了一系列关键核心技术，产品应用拓展速度不断加快，初步形成了以京津冀、长三角和珠三角等为引领的第三代半导体产业集聚区。但我国第三代半导体材料与器件总体技术水平仍落后于欧美日等发达国家和地区，无论是第三代半导体材料，还是电力电子和微波射频应用产业，我国都尚处于起步阶段，企业规模都普遍较小，应用产品大多处于中小批量试产阶段，在材料和器件的产业化方面与国外先进水平相比存在较大差距。

近几年，随着中美贸易摩擦的不断升级，我国在第三代半导体关键材料、核心装备、精密检测设备等方面面临着西方发达国家的技术封锁和产品禁运，加强第三代半导体关键核心技术攻关和战略产品研发，加快实现国产替代和核心技术自主可控已变得刻不容缓。

二、广东第三代半导体发展现状分析

早在本世纪初，广东就在全国率先布局发展半导体照明产业，2017年又在全国率先启动了“第三代半导体材料与器件”重大专项，围绕第三代半导体材料生长技术与设备、功率器件与模块、射频器件与模块、新型显示、深紫外固态光源等方面开展核心技术攻关与应用研究。经过多年的发展积累，目前广东已初步建立了从材料、器件到封测、模组集成、终端应用等的完整产业链条，在部分领域形成了广东产业特色和竞争力。2020年广东提出培育发展20个战略性产业集群，在前沿新材料战略性新兴产业集群、半导体及集成电路战略性新兴产业集群中，明确提出大力发展第三代半导体芯片，解决“缺芯少核”问题，补齐芯片制造短板。

（一）第三代半导体产业链较为完整，涌现出一批具有较强创新能力和竞争力的代表性企业

近几年，在政策引导、产业技术推动和终端需求的牵引下，广东第三代半导体产业实现稳步发展，形成了覆盖上中下游的完整产业链条，培育发展了一批具备较强实力的创新型企业，在广州、深圳、东莞、珠海等地打造形成了多个第三代半导体技术和产业核心区域，推动全省新型电子信息产业不断发展壮大。目前，广东第三代半导体已具有良好的产业基础和庞大的终端市场优势，在各重点环节均已集聚了一批标杆企业，正成为我国第三代半导体领域的重要极点。在GaN和SiC衬底及外延方面，拥有中镓半导体、广州南砂晶圆、比亚迪、东莞天域等为代表的典型企业。在功率器件、射频器件及模块方面，拥有以深圳基本半导体、珠海英诺赛科、镓能半导体、河源众拓、青铜剑科技、广州芯聚能、海思半导体和深南电路等为代表的典型企业。在半导体器件与模块制造方面，拥有深爱半导体、方正微电子、中芯国际（深圳）、粤芯半导体、国星半导体等龙头企业。在功率电子、射频器件等消费电子、工业应用的众多终端领域，汇聚了如比亚迪（新能源汽车）、华为（5G通信）、南方电网（能源互联网）、易事特（工业电源）、格力（消费类电子）、美的（消费类电子）、华星光电（显示）、TCL（显示）等众多第三代半导体应用领域龙头企业。

（二）第三代半导体研发创新能力不断提升，在部分领域突破了一批关键核心技术

在第三代半导体材料、工艺、装备等相关领域，当前广东已培育了一批国内具有一定影响力的高校和科研机构，主要分布在广州、深圳、东莞等地。其中，中山大学、华南理工大学、华南师范大学、南方科技大学等高校在第三代半导体基础与应用基础研究领域拥有较强的科研实力，培养输送了大批优秀科研人才；广东省科学院半导体研究所、工信部电子五所等科研机构从事第三代半导体相关产业化技术开发，并面向广东省产业链提供公益性服务平台支撑；松山湖材料实验室、季华实验室等省实验室分别从材料、装备零部件等领域提供重要技术支撑。自2019年《粤港澳大湾区发展规划纲要》发布以来，已有数十家省外科研单位到粤港澳大湾区成立研发机构，其中多个涉及到第三代半导体。在核心技术攻关方面，比亚迪、英诺赛科、中镓半导体、中图半导体、国星半导体、方正微电子和易事特等企业承担了多个重大重点科技攻关项目，并在新型半导体材料、器件、模块等方面突破了一批“卡脖子”技术，个别细分领域已达到国际先进水平。如掌握了位错密度达到106cm-2量级的AlN外延技术、6英寸SiC单晶生长及衬底加工技术、6英寸650V～3 300V单极性功率器件用4H-SiC外延晶片的批量化高良率生产制造技术、4英寸氮化镓单晶材料的高质量稳定生产与制备技术、8英寸Si基高均匀性厚膜GaN外延生长技术，实现了1200V SiC MOSFET批量生产并销售，进一步缩小了与国外的技术差距。

（三）第三代半导体发展虽然取得重大成效，但仍然面临诸多问题和挑战

虽然广东第三代半导体产业发展势头良好，成效显著，但仍存在着不少制约发展的问题和挑战。首先，从全国情况来看，近几年广东在第三代半导体领域的发展速度偏慢，据CASA Research不完全统计，2020年全国报道24个相关投资扩产项目，金额为694亿元（不含LED光电项目），其中广东只有南砂晶圆1个项目，金额9亿元。其次，广东第三代半导体产业链不同环节存在发展不均衡现象，应用端需求旺盛、发展快速，但产业链上游的材料、芯片以及相关装备、辅材等发展相对滞后，不能够很好地满足应用端的需求。再次，广东尚未形成有效的第三代半导体区域创新网络，公共服务平台投入不足，检验检测标准和能力尚欠缺，关键核心技术突破和成果产业化的速度较慢，科研水平和研发能力较北京等地区还有差距，一些关键材料、核心装备依然面临国外技术封锁和管制，第三代半导体对全省高技术产业发展的战略支撑作用与自主保障能力未能充分体现。

三、加快广东第三代半导体发展的对策与建议

（一）加强制度顶层设计

由于第三代半导体产业链条较长，研发和产业化都需要大量投入，必须协调政产学研各方面力量，实现政策链、创新链、产业链、资本链等各创新要素的有机结合，推动产业不断做大做强。建议在省级层面进一步强化对第三代半导体产业的规划引导与资源统筹布局，推动各地区结合产业实际进行错位发展，最大限度提高资源要素配置效率，避免重复建设和资源浪费。按照“锻长板、补短板”的发展思路，重点扶持长板，迅速形成广东第三代半导体的特色和优势，增强竞争的话语权；加强补齐短板，持续推进关键核心技术攻关，构建跨学科、跨领域、跨地域的全产业链协同创新发展格局，确保产业链、供应链安全。

（二）推进产业生态建设

以建立适宜于第三代半导体产业发展的创新与应用生态为目标，加大财政资金投入力度，加强与国家基金的对接，做大做强省集成电路基金，支持第三代半导体产业创新发展。在政策扶持方面，省市区政府部门加强对流片补贴、工业用地用电等方面的支持力度，鼓励和支持行业龙头骨干企业、创新型企业增资扩产，提升产能。在关键产品方面，加大对第三代半导体晶圆制造线、芯片产线等重大项目的引进和扶持力度，补齐产业发展短板。在市场培育方面，充分发挥广东半导体照明产业的成功经验，强化产业应用示范与成果推广的体制机制创新，加快推动第三代半导体技术及产品在全省其他产业领域的应用进程，力争把广东打造成为全球第三代半导体产业发展和应用先行区。

（三）持续推进技术创新

持之以恒地开展基础与应用基础研究、产业化技术攻关与科技成果转化是第三代半导体产业持续稳健发展的基础。建议进一步整合各方优质资源，加大公共研发平台建设的投入力度，创新高层次人才团队的引进和培育，促进重大科技成果的转化及产业化。同时，紧密结合广东省战略性产业高质量发展需求，瞄准国民经济和社会发展的重大关键科技问题，以“超越摩尔”为核心导向，推动核心技术攻关，实现先进半导体材料、辅助材料、关键技术、重要装备等的自主可控。

（四）打造高层次人才队伍

目前，全国范围内半导体与集成电路人才缺口大、竞争激烈。作为一个系统性强、集成度高、应用性强的行业，半导体与集成电路行业高水平人员具有十分突出的行业特点。比如，很多高端人才来自国际知名半导体企业，掌握着产业核心技术，他们往往文章发表相对少、学历也不一定非常高，但是对什么是真正急需的技术、创新方法具有更深的认识和把握。建议广东省加大对半导体与集成电路科研人才及团队的引进力度，面向全球引进一批战略科学家、企业家和高端技术研发人才团队，进一步夯实人才发展基础。优化人才评选机制，在人才评定方面适度放宽文章、学术头衔、年龄等标准，加大行业专家意见的比重，引进和培养一批实干型科研骨干力量。鼓励高校院所设立第三代半导体相关专业及学科，加强对企业急需的一线工程师和技术工人的培养，建立一支专业素质比较高、业务能力比较强的工程师人才队伍。